Исследователи из России и Китая разработали фотокатализатор, при помощи которого удастся эффективно очищать воды от токсичного фенола. Катализатор работает на основе гексагонального нитрида бора, который под воздействием ультрафиолета окисляет фенол. В результате получается безвредный для человека диоксид углерода. Новый фотокатализатор обладает высокой химической стабильностью, а его структуру легко модифицировать для получения нужных свойств. Исследование опубликовано в журнале Journal of Water Process Engineering.
Предприятия, занимающиеся переработкой нефти и сланца, лесо- и коксохимичекой, а также анилинокрасочной промышленностью, нередко загрязняют поверхностные воды фенолами. Это значительно ухудшает экологическую обстановку водоемов и водотоков, куда производится сброс химикатов. Проблемы возникают из-за высокой токсичности фенолов, которые поглощают растворенный в воде кислород и этим убивают экосистемы. При этом очищать сточные воды от них очень трудоемко и дорого, так как состав загрязнений очень различается в зависимости от условий образования. Более того, этот процесс связан с использованием дефицитных реагентов и сложностью утилизации образующихся токсичных отходов.
Российские ученые совместно с коллегами из Китая попробовали решить эту проблему при помощи гексагонального нитрида брома (h-BN). Этот двумерный материал с высокой площадью поверхности и химической стабильностью ученые использовали как основу для фотокатализатора. Так как процесс очищения воды происходит на границе между поверхностью катализатора и водным раствором, эффективность напрямую зависит от площади поверхности. А поскольку у гексагонального нитрида бора она большая, новое соединение хорошо очищает воду. Также структуру такого материала относительно легко модифицировать, чтобы добиться нужных свойств.
Однако у h-BN есть и недостатки. Например, у него большая ширина запрещенной зоны, из-за чего процесс становится энергетически затратным. Также для него необходим дальний ультрафиолет, то есть использование специальных источников излучения. Специалисты попытались решить эту проблему. «Мы обнаружили, что за счет создания большого количества дефектов структуры нитрида бора происходит увеличение поглощения света и времени жизни электронов в возбужденном состоянии. При воздействии ультрафиолетового света на наш материал в воде образуются активные гидроксильные радикалы, которые окисляют фенол до диоксида углерода и воды», — объяснил один из авторов исследования Денис Лейбо из Университета МИСиС.
На текущем этапе исследователи использовали ультрафиолет для возбуждения электронов. В дальнейших планах ученые хотят делать это уже при помощи видимого света. Для этого они будут использовать гетероструктурные материалы на основе дефектного нитрида бора и другие двумерные полупроводники.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
